Proteus在模拟电路中仿真应用

Proteus在模拟电路中仿真应用Proteus在很多人接触都是因为她可以对单片机进行仿真，其实她在模拟电路方面仿真能力也很强大。下面对几个模块方面的典型带那路进行阐述。

第1部分模拟信号运算电路仿真

运算，顾名思义，正是数学上常见的加减乘除以及积分微分等，这里的运算电路，也就是用电路来实现这些运算的功能。而运算的核心就是输入和输出之间的关系，而这些关系具体在模拟电路当中都是通过运算放大器实现的。运算放大器的符号如图1所示。

同相输入端，

输出信号不反相

输入端

反相输入端，

输出信号反相

图1 运算放大器符号

运算器都工作在线性区，故进行计算离不开工作在线性区的“虚短”和“虚断”这两个基本特点。与之对应的，在Proteus中常常用到的放大器有如图2几种。

图2 Proteus中几种常见放大器

上面几种都是有源放大器件，我们还经常用到理想无源器件，如图4所示，它的位置在“Category”—“Operational Amplifiers”—“OPAMP”。

图4 理想无源放大器件的位置

1.1 比例运算电路与加法器

这种运算电路是最基本的，其他电路都可以由它进行演变。

（1）反相比例运算电路，顾名思义，信号从反相输入端进入，如图5所示。

RF

10K

R1

2K

Volts

-5.00

R1(1)

图5 反相比例运算电路

由“虚断”“虚短”可知：f

o i 1

*R u u R =-

我们仿真的值：11(1)1

,2,10i f U R V R K R K ====，

故5

o U V =-。 （2）反相加法运算电路，如图6所示，与反相比例运算电路相比多了几个输入信号。

图6 反相加法运算电路

满足的运算法则为：f f f o i1i2i3123

(

***)R R R

u u u u R R R =-++ 我们仿真的值：1231(1)1

,5,10i f U R V R R R K R K ======， 故f f f o i1i2i3123

(

***)6R R R

u u u u V R R R =-++=-。 （3）同相比例运算电路，顾名思义，信号从同相输入端进入，如图7所示。

图7 同相比例运算电路

满足的运算法则为： f

o i 1

(1)*R u u R =+

我们仿真的值：122(3)0.5

,1,1,5i f U R V R K R K R K =====， 故，f o i 1(1)*R u u R =+

=5

(1)*0.5 3.0V 1

+= （4）同相加法运算电路，如图8所示，与同相比例运算电路相比也只是多了几个输入。

图8 同相加法运算电路

满足的运算法则为： f o i1i2i31123

'(1)*(***)R R'R'R u u u u R R R R =+++ 其中，R'=R 2//R 3//R 4//R 。

我们仿真的值：12342(1)0.5

,1,1,5i f U R V R K R R R K R K =======

， 故，f o i1i2i31123

(1)*(***)R R'R'R'

u u u u R R R R =+

++

50.250.250.25(1)*(*0.5*0.5*0.5) 2.25V 1111

=+++=

（1）积分器如图9所示，与反相比例运算电路相比，只是将反馈电阻R f 换成电容C f ，信号发生器设置成10mV 、1kHz 的方波。示波器设置的界面如图10所示。其中Waveform 用来选择波形型号，Frequency 进行频率设定，Amplitude 进行幅度设定。

A B C

D

AM

FM

+

-

R2

10K

R1

10K

R3

20K

C1

0.047uF

图9 积分器

图10 信号发生器界面

仍然由“虚短”和“虚断”得到，运算法则为： o i 1f 1

d *u u t R C =

⎰

-

图9的仿真结果如图11所示。方波在半周期内是直线输出，积分后就成了线性输出——三角波。

图11 积分器仿真结果

（2）微分器，如图12所示，与积分器相比，将反馈电容C f 与反相输入端R 1对调。信号发生器设置成10mV 、1kHz 的三角波。

A B C

D

AM FM

+

-

R2

1K

RF

1K

C1

510pF

图12 微分器

满足的运算法则为： i

o f 1d **

d u u R C t

=- 图12的仿真结果如图13所示.三角波在半周期内是线性输出，经过微分后，就成了直线输出——方波。

图13 微分器仿真结果

1.3 波形发生器

由上面的函数型号发生器可以看到，能将常用的波形都输出来。然而，波形中最基本的算方波，经过一次积分可以变成三角波，经过两次积分就变成三角波。

这里运用555定时器来形成方波。555定时器组成的多谐振荡器是在内部通过对电容的充放电，改变比较器（运放构成）的输入电压，从而使触发器改变状态的。电路如图14所示。其中Out1、Out2和Out3分别输出的波形如图15所示。